大佛寺煤礦通風瓦斯氧化發電工程瓦斯抽排泵站供氣系統自動化改造

郜力　岳云寧　田濤

摘要：針對大佛寺煤礦通風瓦斯氧化發電工程初期設計的瓦斯抽排泵站供氣系統在運行中存在不能夠快速調整和切斷突變的瓦斯氣量等不安全隱患，文章對其供氣系統進行了設計改造，具體方法是對瓦斯抽放泵站到氧化裝置的輸氣管線和瓦斯匯集集氣總管進行設備自動化改造。通過對抽放泵站供氣系統設備的自動化改造以及一年來的運行實踐證明，氧化裝置能夠安全可靠穩定運行。

關鍵詞：氧化裝置；瓦斯抽排泵站；供氣系統；自動化改造；通風瓦斯 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD712 文章編號：1009-2374（2015）03-0042-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0213

大佛寺煤礦通風瓦斯氧化發電工程的主要設備氧化裝置是2009年山東勝動集團與陜西彬長大佛寺礦業集團合作，采用熱逆流氧化反應技術開發的一種銷毀、利用煤礦瓦斯，特別是濃度較低，目前不能用于民用、不能直接發電的煤礦抽排瓦斯和煤礦主扇風排瓦斯（乏風）的新型、高效節能減排設備。

氧化裝置的氣源是取自礦井抽放泵站濃度小于8%的瓦斯和主扇排放的0.2%左右通風瓦斯。摻混后濃度為1%左右的混合瓦斯進入氧化裝置進行高溫氧化，制取380℃和2.5MPa的過熱蒸汽驅動一臺功率為4500kW汽輪發電機進行發電。由于氧化裝置在初期運行階段對抽放泵站供氣系統缺乏全面考慮，當抽排瓦斯濃度出現突變時，不能夠快速對大于8%的抽排瓦斯氣體迅速放散，會導致進入到氧化裝置本體摻混的瓦斯氣體濃度劇增（即>1.2%），本體溫度會迅速升高，對氧化裝置的運行帶來安全隱患，因此必須對其供氣系統的設備進行自動化改造，以此來保證氧化裝置和抽放泵站的安全可靠運行。

1 瓦斯抽排泵站系統介紹

陜西彬長大佛寺工業廣場目前有八套抽排瓦斯系統，分為1、2、3、4、5號I期系統和6、7、8號II期系統。抽排1～5號抽排瓦斯泵站把抽排的瓦斯氣體匯集在就地母管，再通過兩條分支管把瓦斯輸送到抽排瓦斯匯集總管；6、7、8三個抽排泵分別把抽排瓦斯輸送到抽排瓦斯匯集總管。抽排瓦斯匯集總管向五臺氧化裝置供氣。虛線框內部分為新增加的設備改造部分，抽排瓦斯進氣系統工藝系統是主旨部分。

2 瓦斯抽排泵站供氣系統設備自動化改造

2.1 瓦斯抽排泵站系統增加瓦斯在線分析系統和電動放散裝置

在1～5號瓦斯泵站抽放系統原有用于乏風發電的DN1000瓦斯輸送母管（抽放站端）處安裝一套瓦斯在線分析系統，在1～5號瓦斯輸送母管上安裝放散管、電動放散閥和電磁式煤氣安全快速切斷閥，并將向氧化裝置端的輸送管線上增加電動蝶閥；在6～8號各瓦斯泵站抽放系統各支管處分別安裝一套瓦斯濃度在線分析系統，分析柜就近設置在抽放系統管線處；在抽排瓦斯匯集總管上安裝放散管、電動放散閥和電磁式煤氣安全快速切斷閥。瓦斯在線分析系統采用ABB公司生產的型號為EL3060甲烷濃度在線分析系統，防爆等級為ATEX II 2G Ex d IIC T4，防護等級為IP 65，測量范圍為0～30%CH4。該系統由分析儀表、預處理系統、電伴熱取樣管線、取樣探頭、分析柜組成。預處理系統對取樣的氣體進行過濾、除塵、除濕，將符合分析儀器要求的樣氣，送入分析儀器，從而確保分析儀器的準確性和可靠性，把分析的瓦斯濃度信號以4～20mA的電信號上傳到氧化裝置集控室PLC系統。PLC控制系統根據上傳數據和保護設定值比較對電動放散閥進行遠方控制，及時對突變的較高濃度瓦斯氣快速放散，以此來防止摻混濃度大于1.1%的瓦斯進入氧化裝置。

2.2 在氧化裝置控制室增設了一套可編程邏輯控制系統（PLC）

本套PLC系統由操作員站（即總站）、1#分站、2#分站、3#分站組成，其中操作員站位于乏風控制室（非防爆區）內，三個分站位于檢測點附近區域，該區域屬于危險區域分類中的CLASSI，2區，所以要求分站具有防爆功能。1#分站位于6#～8#瓦斯管道旁，2#分站位于1～5瓦斯管道總管旁，3#分站位于抽排瓦斯匯集總管處。PLC控制系統范圍包括1#～8#瓦斯抽排系統至乏風氧化裝置之間新上放散系統的所有閥門的配電、控制及相應輔助系統（濃度、壓力、傳感器）。放散系統所有閥門的配電及控制采用微處理器為基礎的可編程控制系統，在正常情況下，機組操作人員通過操作員站的顯示器、鍵盤及鼠標對機組進行監控及有關操作。在異常情況下，該系統可以報警顯示及連鎖控制。對整改瓦斯輸送系統進行控制，提前預測瓦斯濃度的突然變化，及時開啟自動放散裝置。

2.3 現場測試

首先，對抽放泵站1～5系統、6～8系統甲烷濃度在線分析系統進行單機調試，調試完好后，把信號上傳到PLC分站，通過分站與操作員站進行通信，現場數據和總站設定數據一致時完成調試任務；其次，對新增加的防爆電動蝶閥進行就地調試和PLC系統集中控制，所以有閥門的開度進行了就地與集控的對位試驗；再次，對抽排瓦斯匯集總管和1～5號瓦斯總管的電磁式煤氣安全快速切斷閥進行停電試驗三次，電磁式煤氣安全快速切斷閥在2秒鐘內均能快速打開，快速釋放瓦斯氣；最后，模擬測試了當PLC系統檢測到瓦斯泵站抽排濃度大于8%時，風機連鎖保護動作停機。

3 整改后的運行情況

氧化裝置瓦斯抽系統的自動化設備裝置改造在2013年11月開始，2014年2月28日完成整體調試，氧化裝置3月1日運行，汽輪機組于3月4日并網發電，在設備運行期間，由于受外界電網系統影響，供電系統發生過兩次突然停電，控制系統反應靈敏，能夠快速準確地切斷配氣系統，有效地保護了氧化裝置的安全運行；2#抽排系統瓦斯濃度突變3次，抽排系統濃度由6%迅速上漲到20%，導致氧化裝置的摻混濃度超過保護值1.1%，保護系統立即動作風機停運，同時前端機械關斷閥關斷，防止事故的發生，保證了氧化裝置的安全運行。

4 結語

（1）試驗結果表明實現對進入氧化裝置氣量的控制和抽排泵站及時放散系統的自動化改造是有必要的，能夠有效的起到安全保護作用；（2）實際運行中當抽放瓦斯濃度突變、電網停電等問題時，自動化系統做到了安全、可靠、靈敏的動作；（3）陜西彬長大佛寺煤礦運用氧化裝置發電是全國首例，不僅要保證氧化裝置的安全可靠，更要保證抽放泵站的安全運行，保證礦井的安全生產。

參考文獻

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[2] 中華人民共和國安全生產行業標準.煤礦低濃度瓦斯與細水霧混合安全輸送裝置技術規范（AQ 1078-2009）[S].

[3] 康建東.煤礦低濃度瓦斯輸送安全保障技術[J].煤礦安全，2009，（S1）.

作者簡介：郜力（1966-），陜西咸陽人，陜西彬長新生能源有限公司工程師，研究方向：煤礦瓦斯綜合治理。

（責任編輯：秦遜玉）